SU1084710A1

SU1084710A1 - Device for registering lighting

Info

Publication number: SU1084710A1
Application number: SU833557927A
Authority: SU
Inventors: Борис Васильевич Семагин; Юрий Петрович Дегтярев
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4421
Priority date: 1983-02-24
Filing date: 1983-02-24
Publication date: 1984-04-07

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ МОЛНИЙ, содержащее последовательно соединенные электрическую антенну, преобразующий фильтр, первый блок вьщелени нулевого перехода и первую схему совпадени , а также первую и вторую ортогонально направленные магнитные антенны,выход каждой из которых соединен соответственно через второй и третий блоки вьщелени нулевых переходов с первым и вторым входами первой схемы ИЛИ, выход которой соединен через первый одновибратор с вторым входом первой схемы совпадени , выход которой через вто- рой одновибратор соединен с регистрирующим устройством, отличающеес тем, ч-то, с целью повышени точности селекции молний по дальности до источника, оно снабжено пороговым устройством, первым и вторым дифференциаторами, четвертым и п тым блоками вьщелени нулевых переходов , формирователем строб-импульса , второй схемой ИЛИ, второй схемой совпадени и третьим одновибратором, причем входы порогового устройства и первого и второго дифференциаторов соединены соответственно с выходами первой и второй магнитной антенны , выходы первого и второго дифференциаторов через четвертый и п тый блоки вьщелени нулевых переходов i соответственно соединены с входами (Л второй схемы ИЛИ, выход которой соединен с первым входом второй схемы совпадени , второй вход которой через формирователь строб-импульса соединен с выходом -порогового устройства , а выход второй схемы совпадени через третий одновибратор соединен с третьим входом первой схемы совпадени . эо A device for registering a lightning containing a series-connected electrical antenna, a conversion filter, a first block of the zero transition and a first coincidence circuit, as well as first and second orthogonally directed magnetic antennas, the output of each of which is connected via the second and third blocks respectively of the zero transition to the first and the second inputs of the first OR circuit, the output of which is connected through the first one-shot to the second input of the first coincidence circuit, the output of which through the second one-shot The torus is connected to a recording device, characterized in part, in order to increase the accuracy of lightning selection in range, it is equipped with a threshold device, first and second differentiators, fourth and fifth blocks of zero transitions, a strobe pulse former, and a second circuit. OR, the second coincidence circuit and the third one-shot, and the inputs of the threshold device and the first and second differentiators are connected respectively to the outputs of the first and second magnetic antennas, the outputs of the first and second d differentiators through the fourth and fifth blocks of the zero transitions i, respectively, are connected to the inputs (L of the second OR circuit, the output of which is connected to the first input of the second coincidence circuit, the second input of which is connected to the output of the threshold device via the strobe driver, and the output of the second circuit the match through the third one-shot is connected to the third input of the first match circuit. eo

Description

1 Изобретение относитс к метеорологическим приборам и может быть использовано дл регистрации молниевых разр дов на землю. Известны устройства дл регистрации молний, содержащие последователь но соединенные антенну, фильтр, пороговое устройство, расширитель импульсов , подключенные параллельно цепи фильтр-пороговое устройство две аналогичные цепи, кажда из которых содержит фильтр и пороговое устройство, а также согласующее устройство и схему совпадени , включенные первое на входе, а второе на выходе трех параллельных цепей с разли ными полюсами пропускани , лежащими в спектре частот, характерных дл на земных разр дов у . Данные устройства регистрируют на р ду с наземными и часть междуоблачных разр дов. Точность селекции грозовых разр дов по дальности невысока , так как в этих устройствах используетс указанный выше метод амплитудной селекции. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату вл етс устройство дл регистрации молний, содержащее последовательно соединенные электрическую антенну, преобразуюпщй фильтр первый блок вьзделени нулевого перехода и первую схему совпадени , а также первую и вторую ортогонально направленные магнитные антенны, вЫ ход каждой из которых соединен соответственно через второй и третий блоки выделени нулевых переходов с первым и вторым входами первой схе мы Ш1И, выход которой соединен через первый однрвибратор с вторым входом первой схемы совпадени , выход которой через второй одновибратор соединен с регистрирующим устройством 2 Использование известного устройства дл регистрации всех типов разр дов вносит существенные пол ризационные ошибки в измерение дальности . Цель изобретени - повышение точности селекции молний по дальности до источника. Поставленна цель достигаетс тем, что устройство дл регистрации молний, содержащее последовательно соединенные электрическую антенну, преобразующий фильтр, первый блок выделени нулевого перехода и пер02 вую схему совпадени , а также первую и вторую ортвгонально направленные магнитные антенны, выход каждой из которых соединен соответственно через второй и третий блоки выделени нулевых переходов с первым и вторым входами первой схемы ИЛИ, выход которой соединен через первый одновибратор с вторым входом первой схемы совпадени , выход которой через второй одновибратор соединен с регист- , рирующим устройством, снабжено пороговым устройством, первым и вторым дифференциаторами, четвертым и п тым блоками выделени нулевых переходов, формирователем строб-импульса,второй схемой ИЛИ, второй схемой совпадени и третьим одновибратором, причем входы порогового устройства и первого и второго дифференциаторов соединены соответственно с выходами первой и .второй магнитной антенн, выходы первого и второго дифференциаторбв через четвертый и п тый блоки выделени нулевых переходов соответственно соединены с входами второй схемы ИЛИ, выход которой соединен с первым входом второй схемы совпадени , второй вход которой через формирователь строб-импульса соединен с выхо-. дом порогового устройства, а выход второй схемы совпадени через третий одновибратор соединен с третьим входом первой схемы совпадени . На фиг.1 представлена структурна схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - диаграммы, по сн ющие работу устройства. Устройство содержит магнитные 1,2 и электрическую 3 антенны, преобразующий фильтр 4, блоки 5-9 выделени нулевых переходов, пороговое устройство 10, дифференциаторы 11 и 12, схемы ИЛИ 13 и 14, формирователь строб-импульса 15, одновибраторы 16 18 , схемы 19 и 20 совпадени , регистрирующее устройство 21. При этом электрическа антенна 1 через преобразующий фильтр 4, блок 7 вьщелени нулевых переходов соединена с первым входом схемы 20 совпадени , перва 1 и втора 2 магнитные антенны соответственно через второй и третий блоки вьоделени нулевых переходов 5 и 6 соединены с первым и вторым входами первой схемы ИЛИ 13, выходом св занной через одновибратор 16 с вторым входом схемы 20 совпадени , перва Г и втора 2 магнитные антенны соедийены с пороговым устройством 10 и соответственно через дифференциаторы 11, 12 и блоки 8, 9 выделени нулевых переходов - с первым и вторым входами второй схемы ИЛИ 14, выходом подключенной к первому входу второй схемы 19 совпадени , выход порогового устройства 10 соединен через формирователь строба-импульса 15 с вторым входом второй схемы 19 совпадени , выход которой соединен через вторрй одновибратор 17 с третьим входом первой схемы 20 совпадени , выход схемы 20 св зан через третий одновибратор . 18 с регистрирующим устройством 21. 1 The invention relates to meteorological instruments and can be used to register lightning discharges to earth. Lightning detection devices are known that contain an antenna connected in series, a filter, a threshold device, a pulse expander, a parallel filter, a threshold device, two similar circuits, each of which contains a filter and a threshold device, as well as a matching device and a matching circuit, included first at the input, and the second at the output of three parallel circuits with different transmission poles lying in the frequency spectrum, characteristic for Earthly discharges. These devices are recorded on a row with ground and part of the inter-cloud bits. The accuracy of the selection of lightning discharges in range is low, since these devices use the above amplitude selection method. The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a device for recording lightning, containing a series-connected electrical antenna, a first zero-junction separation unit and a first coincidence circuit, as well as first and second orthogonal magnetic antennas, each of which connected via the second and third blocks of zero transitions, respectively, with the first and second inputs of the first S1I circuit, the output of which is connected via the first one The oscillator with the second input of the first coincidence circuit, the output of which is connected to the recording device through the second one vibrator. The use of the known device for recording all types of bits introduces significant polarization errors in the measurement of the distance. The purpose of the invention is to improve the accuracy of the selection of lightning in range to the source. This goal is achieved by the fact that a device for recording lightning containing a series-connected electrical antenna, a conversion filter, a first zero-transition isolation unit and a first coincidence circuit, as well as first and second orthogonal magnetic antennas, the output of each of which is connected via the second and the third selection block of zero transitions with the first and second inputs of the first OR circuit, the output of which is connected through the first one-shot to the second input of the first match circuit, you through which the second one vibrator is connected to a register- ing device, equipped with a threshold device, first and second differentiators, fourth and fifth blocks of zero transitions, a strobe pulse shaper, a second OR circuit, a second coincidence circuit, and a third one-vibrator, with the threshold inputs the device and the first and second differentiators are connected respectively to the outputs of the first and second magnetic antennas, the outputs of the first and second differentiators through the fourth and fifth blocks of the allocation of zero Navigate respectively connected to inputs of the second OR circuit, whose output is connected to a first input of a second coincidence circuit, the second input through which strobe pulse generator coupled to The yields. the house of the threshold device, and the output of the second coincidence circuit through the third one-shot is connected to the third input of the first coincidence circuit. Figure 1 shows the structural diagram of the device proposed, figure 2 shows diagrams explaining the operation of the device. The device contains magnetic 1, 2 and electric 3 antennas, which converts the filter 4, blocks 5–9 of separation of zero transitions, threshold device 10, differentiators 11 and 12, OR circuit 13 and 14, strobe pulse generator 15, one-shot 16 18, circuit 19 and 20 matches, a registering device 21. In this case, the electric antenna 1 through a conversion filter 4, the block 7 for zero transitions is connected to the first input of the coincidence circuit 20, the first 1 and second 2 magnetic antennas, respectively, through the second and third blocks for the separation of zero transitions 5 and 6Connected to the first and second inputs of the first OR 13 circuit, the output connected through the one-shot 16 to the second input of the coincidence circuit 20, the first G and the second 2 magnetic antennas are connected to the threshold device 10 and, respectively, through differentiators 11, 12 and blocks 8, 9 of the zero selection transitions with the first and second inputs of the second circuit OR 14, the output connected to the first input of the second coincidence circuit 19, the output of the threshold device 10 is connected via a gate-pulse driver 15 to the second input of the second coincidence circuit 19 whose output is connected Erez vtorry monostable multivibrator 17 to a third input of the first coincidence circuit 20, output circuit 20 is coupled via a third monostable multivibrator. 18 with a recording device 21.

Резистор определ ет коэффициент .усилени , а элементы ,L С наход т из следующих соотношений:The resistor determines the gain factor, and the elements, L C are found from the following relationships:

P c|Ro--, P c | Ro--,

где с - скорость света в пустоте, Rg - дальность настройки фильтра. Пороговое устройство 10 включает два компаратора, выход каждого компаратора подключен к одной из магнитных антенн, а выходы через схему ИЛИ соединены с формирователем строб-импульса 15. При превьшении хот бы одного из сигналов магнитных антенн заданного порогового уровн компаратора они срабатывают и выходной сигнал, пройд через схему ИЛИ, вызывает срабатывание формировател строб-импульса 15, Формирователь строб-импульса, так же как и одновибраторы 16 - 18 представл ет собой ждущий мультивибратор.Дифференциатор выполнен на осйове классической дифференцирующей цепи, дл улучшени точностных характеристик в качестве согласующей цепи может быть применен операционный усилитель.Блок вьщелени нулевых переходов может быть выполнен на усилителе-ограничителе , выходные сигналы которого соответствуют нулевым переходам.входных сигналов с последующим формированием импульсов по фронтам.where c is the speed of light in a vacuum, Rg is the range of filter settings. The threshold device 10 includes two comparators, the output of each comparator is connected to one of the magnetic antennas, and the outputs are connected via the OR circuit to the strobe pulse generator 15. If at least one of the signals of the magnetic antennas exceeds a predetermined threshold level of the comparator, they trigger and the output signal goes through the OR circuit, it triggers the strobe pulse former 15, the strobe pulse former, just like the one-shot 16-18, is a waiting multivibrator. The differentiator is made on the ax An operational amplifier can be used as a matching circuit to improve the accuracy of the differential circuit. The zero transition section can be performed on a limiting amplifier whose output signals correspond to zero transitions of the input signals with subsequent generation of pulses on the edges.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Сигнал грозового разр да в виде резкого изменени электронагнитного пол принимаетс антеннами магнитными 1, 2 и электрической 3. Применение двух ортогонально направленных магнитных антенн, кажда из которых имеет восьмерочную диаграмму направленности , обеспечивает прием магнитной составл ющей со всех направленийA thunderstorm signal in the form of an abrupt change in the electromagnetic field is received by magnetic antennas 1, 2 and electric 3. The use of two orthogonally directed magnetic antennas, each of which has an eight-directional pattern, ensures the reception of a magnetic component from all directions

действи электромагнитного пол грозового разр да. Сигналы магнитных антенн 1 и 2 поступают на пороговое устройство 10. При превышении хот бы одним из этих сигналов порогового уровн срабатывает пороговое устройство 10 и запускает формирователь строб-импульса 15. Формирователь вырабатывает импульс длительностью 58 МКС, который поступает на первый вход схемы совпадени 19.action of the electromagnetic field of a thunderstorm discharge. The signals of magnetic antennas 1 and 2 arrive at the threshold device 10. When at least one of these signals exceeds the threshold level, the threshold device 10 operates and starts the strobe pulse shaper 15. The shaper produces a pulse of 58 ISS duration, which is fed to the first input of the coincidence circuit 19.

Сигналы магнитных антенн поступают также на дифференциаторы 11 и 12. Блоки 8 и 9 эьщелени нулевых переходов выдел ют первые нулевые переходЬ первой производной сигналов магнитных антенн, т.е. моменты достижени этими сигналами своего максимума . Сигналы первых, нулевых переходов , пройд через схему ИЛИ 14, поступают на второй йход схемы 19 совпадени , котора своим выход нын сигналом заставл ет срабатывать одновибратор 17, дающий разрешение на регистрацию разр да.The signals of the magnetic antennas also arrive at the differentiators 11 and 12. The blocks 8 and 9 of the passage of zero transitions separate the first zero transitions of the first derivative of the signals of magnetic antennas, i.e. moments when these signals reach their maximum. The signals of the first, zero transitions, passing through the OR 14 circuit, arrive at the second input of the coincidence circuit 19, which by its output now causes the one-shot 17 to work, giving permission to register the bit.

Таким образом, если на антенное устройство воздействует электромагнитное поле разр да облако-земл , то сигнал с вьпсода схемы ИЛИ 14 поступает на вход схемы 19 совпадени в момент нахождени на втором ее входе разрешающего строб-импульса и тем самым проходит через схему 19 на вход одновибратора 17. Если же произошел межоблачный разр д, то выходной сигнал схемы ИЛИ 14 поступает на вход схемы 19 совпадени после окончани строб-импульса и поэтому схема 19 не пропускает его.Thus, if the electromagnetic field of the cloud-ground discharge acts on the antenna device, the signal from the output of the OR circuit 14 arrives at the input of the coincidence circuit 19 when the enabling strobe pulse is at its second input and thus passes through the circuit 19 to the single-vibration input 17. If an inter-cloud bit has occurred, then the output signal of the OR 14 circuit is fed to the input of the matching circuit 19 after the strobe pulse has ended, and therefore the circuit 19 does not pass it.

Селекци грозовых разр дов по дальности осуществл етс следующим образом.The selection of lightning discharges in range is carried out as follows.

Преобразующий фильтр 4 производит преобразование входного сигнала электромагнитной антенны 3, т.е. трансформирует сигнал во временной области на величину.расхождени Е и составл ющих пол , соответствующей дальности настройки грозорегистратора . Блок 7 вьщелени нулевого перехода формирует импульс, соответствующий первому нулевому переходу выходного сигнала преобразующего фильтра 4, который поступает на первый вход схемы 20 совпадени . Дл оценки дальности используютс первые нулевые переходы сигналов антенн , поскольку на них еще не сказываетс вли ние сигнала, отраженного от ионосферы. Аналогично выдел ютс первые нулевые переходы сигналов магнитных антенн 1 и 2 блоками 5, 6 вьщелени нулевых переходов, выходные импульсы которых через схему ИЛИ 13 запускают одновибратор 16. После срабатывани одновибратор 16 устанавливает на втором входе схемы 20 совпадени раз решающий импульс стандартной амплитуды и длительности. Длительность импульса равна 100 мкс. и определ етс максимальной веро тностью расхождени нулевых переходов сигналов маг нитных антенн 1 и 2 и преобразующего фильтра Д. Длительность импульса селекции разр да на землю, поступающего с одновибратора 17 на третий вход схемы 20 совпадени , равна практически возможной максимальной длительности первой полуволны атмосфериков нормал ного типа 250 МКС плюс длительность временного интервала максимальной веро тности расхождени нулевых переходов сигналов магнитных антенн и преобразующего фильтра 100 мкс. В случае прихода сигнала от разр да облако-земл , наход щегос на рассто нии R« Rjrt) (фиг.2а), одновибратор 17 вырабатывает импульс-раз решение, а блок выделени нулевых пе реходов 7 формирует импульс первого нулевого перехода из выходного сигна ла преобразующего фильтра 4, который проходит через схему 20 совпадени на одновибратор 18, вызыва его срабатывание . Регистрирующее устройство 21 производит регистрацию сигнала одновибратора 18. В случае прихода сигнала от разр да облако-земл , наход щегос на рассто нииН Кэ;| (фиг.2б), импульс первого нулевого перехода выходного сигнала преобразующего фильтра 4 по вл етс раньше импульса нулевого перехода сигналов магнитных антенн 2, .1 и импульса одновибратора 16. Следовательно, схема 20 совпадени не пропускает импульс блока 7 на одновибратор 18 и Гем самым не производитс регистраци грозового разр да . Если на вход устройства регистрации поступает сигнал от межоблачного разр да или промьш1ленна помеха, то одновибратор 17 не срабатывает и регистраци также не выполн етс . Таким образом, использу особенность грозового разр да на землю, который имеет вертикальный характер и фронт нарастани сигнала такого разр да на удалении до 100 км составл ет 8 мкс, можно построить грозорезистратор с более высокими точностными характеристиками селекции разр дов по дальности по сравнению с прототипом. Предлагаемое устройство позвол ет повысить точность регистрации грозовых разр дов в пределах эффективного радиуса действи благодар вьщелению грозовьрс разр дов вертикального характера.The conversion filter 4 converts the input signal of the electromagnetic antenna 3, i.e. transforms the signal in the time domain by the value of the divergence E and making up the field corresponding to the range of the settings of the planner. The zero transition block 7 generates a pulse corresponding to the first zero transition of the output signal of the conversion filter 4, which is fed to the first input of the coincidence circuit 20. For the estimation of the range, the first zero transitions of the antenna signals are used, since they are not yet affected by the signal reflected from the ionosphere. Similarly, the first zero transitions of the signals of magnetic antennas 1 and 2 are distinguished by blocks 5, 6 of the separation of zero transitions, the output pulses of which through the OR 13 circuit trigger the one-shot 16. After the one-shot triggers, the 16 sets the standard amplitude and duration to the second input of the match 20. The pulse duration is 100 μs. and is determined by the maximum probability of divergence of zero transitions of the signals of magnetic antennas 1 and 2 and of the conversion filter D. The duration of the discharge selection pulse to the ground coming from the single vibrator 17 to the third input of the coincidence circuit 20 is equal to the practically possible maximum duration of the first half of atmospheres of normal atmospheres Type 250 ISS plus the duration of the time interval for the maximum probability of divergence of zero transitions of magnetic antenna signals and a conversion filter of 100 µs. In the case of the arrival of a signal from a cloud-earth bit located at a distance R R Rjrt) (Fig. 2a), the one-shot 17 produces a pulse-times solution, and the zero transition selection block 7 generates a pulse of the first zero transition from the output signal a conversion filter 4 that passes through the coincidence circuit 20 to the one-shot 18, causing it to trigger. The recording device 21 records the signal of the one-shot vibrator 18. In the case of the arrival of a signal from the discharge, the cloud-ground, located at a distance Ke;; (Fig. 2b), the pulse of the first zero transition of the output signal of the conversion filter 4 appears before the pulse of the zero transition of the signals of magnetic antennas 2, .1 and the pulse of the one-oscillator 16. Therefore, the coincidence circuit 20 does not transmit the pulse of the block 7 to the one-oscillator 18 and Gem no thunderstorm recording is performed. If the signal from the inter-cloud bit or an industrial disturbance is input to the recorder, the one-shot 17 does not work and the registration also fails. Thus, using the thunderstorm discharge feature on the ground, which is vertical and the rising edge of a signal of such a discharge at a distance of up to 100 km is 8 µs, it is possible to build a lightning resistor with higher accuracy of selection of bits in range compared to the prototype. The proposed device makes it possible to increase the accuracy of recording lightning discharges within the effective range due to the identification of lightning discharges of a vertical nature.

Claims

A LIGHTNING REGISTRATION DEVICE containing a series-connected electrical antenna, a conversion filter, a first zero-junction isolation unit and a first coincidence circuit, as well as first and second orthogonally oriented magnetic antennas, the output of each of which is connected via the second and third zero-junction isolation units to the first, respectively and the second inputs of the first OR circuit, the output of which is connected through the first one-shot to the second input of the first coincidence circuit, whose output is through the second * one-shot soy inen with a recording device, characterized in that, in order to increase the accuracy of lightning selection in range to the source, it is equipped with a threshold device, the first and second differentiators, the fourth and fifth blocks for selecting zero transitions, a strobe pulse shaper, and a second OR circuit, the second matching circuit and the third one-shot, and the inputs of the threshold device of the first and second differentiators are connected respectively to the outputs of the first and second magnetic antennas, the outputs of the first and second differentiator s, through the fourth and fifth blocks of separation of zero transitions g, respectively, are connected to the inputs of the second OR circuit, the output of which is connected to the first input of the second coincidence circuit, the second input of which is connected through the shaper-pulse generator to the output of the threshold device, and the output of the second coincidence circuit through the third a single vibrator is connected to the third input of the first matching circuit.

is a lightning device containing connected electrically converting filter,